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文档介绍
2018届一轮复习鲁科版化学键与分子间作用力学案
第2节 化学键与分子间作用力 考纲定位 1.了解共价键的形成、极性、类型(σ键、π键)，了解配位键的含义，能用键长、键能、键角等说明简单分子的某些性质。 2.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)，能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测简单分子或离子的空间结构。 3.了解范德华力的含义及对物质性质的影响。 4.了解氢键的含义，能列举含氢键的物质，并能解释氢键对物质性质的影响。 考点1| 共价键及其键参数 [基础知识自查] 1．共价键 (1)共价键的本质与特征 ①本质：在原子间通过共用电子形成的化学键。 ②特征：具有方向性和饱和性。如O与H形成2个O—H 共价键且共价键夹角约为105°。 (2)共价键类型 2．键参数 (1)定义 ①键能：在101.3 kPa、298 K条件下，断开1 mol AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A—B键的键能。 ②键长：两个成键原子的原子核间的距离。 ③键角：两个化学键的夹角。 (2)键参数对分子性质的影响 键能越大，键长越短，分子越稳定。 [应用体验] 1．有以下物质：①HF，②Cl2，③NH3，④N2，⑤N2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧C2H5OH，⑨HCN()，只含有极性键的是________；只含有非极性键的是________；既有极性键，又有非极性键的是________；只有σ键的是________；既有σ键又有π键的是________；含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是________。 [提示] ①③⑨ ②④⑦ ⑤⑥⑧ ①②③⑤⑥⑦⑧ ④⑨ ⑦ 2．已知H—H、H—O、O===O的键能分别为a kJ/mol、b kJ/mol、c kJ/mol，则H2(g)＋O2(g)===H2O(g)的ΔH＝________。 [提示] (a＋c－2b)kJ/mol [考点多维探究] 角度1 共价键及其类型判断 1．下列说法中不正确的是( ) A．σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强 B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键 C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键 D．N2分子中有一个σ键，两个π键 C [单原子分子(如稀有气体分子)无共价键，也无σ键。] 2．(1)(2016·全国乙卷节选)Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。从原子结构角度分析，原因是______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (2)分子中含有π键________个，σ键________个。 [解析] (1)锗虽然与碳为同族元素，但比碳多了两个电子层，因此锗的原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p－p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键。 (2)双键中含一个σ键和π键。 [答案] (1)Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p－p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键 (2)2 8 3．N≡N键的键能为946 kJ·mol－1，N—N键的键能为193 kJ·mol－1，则一个π键的平均键能为________，说明N2中________键比________键稳定(填“σ”或“π”)，故N≡N________加成(填“难”或“易”)。 [解析] 一个π键的平均键能为 kJ/mol＝376.5 kJ/mol>193 kJ/mol。 [答案] 376.5 kJ/mol π σ 难 共价键的理解应注意的5点 (1)碳碳叁键和碳碳双键的键能不是碳碳单键的键能的3倍和2倍，原因是这些键的类型不完全相同。 (2)键长约等于成键两原子的半径之和，实际上，由于轨道的重叠，前者比后者略小一些。 (3)σ键与π键由于原子轨道的重叠程度不同从而导致了两者的稳定性不同，一般σ键比π键稳定。 (4)并不是所有的共价键都有方向性，如s－s σ键无论s轨道从哪个方向重叠都相同，因此这种共价键没有方向性。 (5)两原子形成σ键后能否形成π键与两原子间的键长有关。 角度2 键参数的应用 4．(2017·安顺模拟)NH3分子的空间构型是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，解释该事实的充分理由是( ) A．NH3分子是极性分子 B．分子内3个N—H键的键长相等，键角相等 C．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于107° D．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于120° C [A、B项事实不充分；D项事实说明的NH3为平面三角形。] 5．(1)(2015·山东高考节选)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，例如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)＋3F2(g)===2ClF3(g) ΔH＝－313 kJ·mol－1 ，F—F键的键能为159 kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为242 kJ·mol－1，则ClF3中Cl—F键的平均键能为________kJ ·mol－1。 (2)(2015·浙江高考节选)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应： 已知： 化学键 C—H C—C C===C H—H 键能/kJ·mol－1 412 348 612 436 计算上述反应的ΔH＝________kJ·mol－1。 [解析] (1)设Cl—F键的平均键能为x。根据反应的焓变＝反应物的键能总和－反应产物的键能总和可知，Cl2(g)＋3F2(g)===2ClF3(g)的ΔH＝242 kJ·mol－1＋159 kJ·mol－1×3－6x＝－313 kJ·mol－1，则x＝172 kJ·mol－1。 (2) 制备苯乙烯需断开2 mol C—H键，生成1 mol H—H键，同时在C—C键的基础上生成C===C 键，因此生成1 mol苯乙烯吸收的热量为2×412 kJ＝824 kJ，放出的热量为436 kJ＋(612－348) kJ＝700 kJ，根据反应热的定义可知，ΔH＝824 kJ·mol－1－700 kJ·mol－1＝124 kJ·mol－1。 [答案] (1)172 (2)124 化学反应中ΔH的计算公式 ΔH＝反应物的总键能之和－反应产物的总键能之和 考点2| 分子的空间构型 [基础知识自查] 1．用价层电子对互斥理论推测分子的空间构型 (1)用价层电子对互斥理论推测分子的空间构型的关键是判断分子中的中心原子上的价层电子对数。 a为中心原子的价电子数，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。但对于离子的a为中心原子的价电子数加或减电荷数，如CO的a＝4＋2，NH的a＝5－1。 (2)示例分析 2.用杂化轨道理论推测分子的空间构型 杂化类型 杂化轨道数目 杂化轨道间夹角 空间构型 实例 sp1 2 180° 直线形 BeCl2 sp2 3 120° 平面三角形 BF3 sp3 4 109°28′ 四面体形 CH4 3.等电子原理 原子总数相同，价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征和立体结构，许多性质相似，如N2与CO、O3与SO2、N2O与CO2、CH4与NH等。 [应用体验] 1．填表 物质 中心原子上的孤电子对数 价层电子对数 VSEPR 模型名称 分子或离子空间构型 中心原子 杂化类型 ① CS2 ② HCHO ③ NCl3 ④ SO ⑤ H3O＋ [提示] ①0 2 直线形 直线形 sp1 ②0 3 平面三角形 平面三角形 sp2 ③1 4 四面体形 三角锥形 sp3 ④0 4 正四面体形 正四面体形 sp3 ⑤1 4 四面体形 三角锥形 sp3 2．写出与CCl4互为等电子体的分子或离子有________。 [提示] SiCl4、CBr4、SO、CF4等 [考点多维探究] 角度1 推测分子或离子的空间构型和中心原子的杂化类型 1．指出下列分子或离子的空间构型和中心原子的杂化类型 (1)H2S__________，CO2__________，PH3__________，PCl3__________，BF3__________，HCN__________，HCHO________，SO2________，SiH4________。 (2)NH________，NO________，SO________，SO__________，ClO__________，ClO________，SiO________。 [答案] (1)V形、sp3 直线形、sp1 三角锥形、sp3 三角锥形、sp3 平面三角形、sp2 直线形、sp1 平面三角形、sp2 V形、sp2 正四面体形、sp3 (2)正四面体形、sp3 V形、sp2 正四面体形、sp3 三角锥形、sp3 三角锥形、sp3 正四面体形、sp3 平面三角形、sp2 2．(1)(2016·全国乙卷)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是________________________________。 (2)(2016·全国甲卷)[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的空间构型是________，NH3中心原子的杂化类型是________。 (3)(2016·全国丙卷)AsCl3分子的空间构型为________，其中As的杂化轨道类型为________。 (4)(2016·江苏高考)HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是________。 [解析] (1)Ge单晶为金刚石型结构，金刚石中碳原子的杂化方式为sp3，因此Ge原子的杂化方式也为sp3。微粒之间存在的作用力为共价键。 (2)SO中，S原子的价层电子对数为＝4，成键电子对数为4，故SO的空间构型为正四面体。NH3分子中，N原子形成3个σ键，且有1个孤对电子，N原子的轨道杂化类型为sp3。 (3)As原子的价电子排布式为4s24p3，最外层有5个电子，则AsCl3分子中As原子形成3个As—Cl键，且含有1对未成键的孤对电子，则As的杂化轨道类型为sp3杂化，AsCl3分子的空间构型为三角锥形。 (4)根据HOCH2CN的结构简式为可知，“CH2” 中的C原子形成4个σ键，该碳原子采取sp3杂化；“CN”中的C原子形成1个σ键、2个π键，该碳原子采取sp1杂化。 [答案] (1)sp3 共价键 (2)正四面体 sp3 (3)三角锥形 sp3 (4)sp3和sp1 3．(1)(2015·江苏高考)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为________。 (2)(2014·海南高考)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。 (3)(2014·江苏高考)醛基中碳原子的轨道杂化类型是________；1 mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________。 [解析] (1)CH3COOH中，甲基中C原子与其他原子形成4个σ键，故C原子采取sp3杂化；而羧基中C原子形成3个σ键和1个π键，故C原子采取的是sp2杂化。 (2)金刚石中C形成4个σ键，属于sp3杂化；石墨烯中C形成3个σ键且无孤对电子，属于sp2杂化。 (3) 中C形成3个σ键，属于sp2杂化，1 mol中有σ键6NA。 (4)分子中—CH3和—CH2—中的C原子都采用sp3杂化，碳碳双键中的C原子采用sp2杂化。 (5)根据C、N、O成σ键数和孤对电子数确定杂化类型。 [答案] (1)sp3和sp2 (2)sp3 sp2 (3)sp2 6NA(或6 mol) (4)sp3、sp2 (5)sp2 sp3 sp3 判断中心原子杂化轨道类型的两种方法 (1)利用价层电子对数确定三种杂化类型 2对—sp1杂化，3对—sp2杂化，4对—sp3杂化。 (2)根据σ键数与孤对电子数 ①含C有机物：2个σ—sp1,3个σ—sp2,4个σ—sp3 ②含N化合物：2个σ—sp2,3个σ—sp3 ③含O(S)化合物：2个σ—sp3 角度2 分子或粒子中键角的大小比较 4．比较下列分子或离子中键角大小。 (1)H2O________H3O＋，NH3________NH。 (2)H2O________H2S，NH3________PH3。 (3)SO3________CCl4，CS2________SO2。 [解析] (1)H2O与H3O＋，NH3与NH的中心原子均采用sp3杂化，孤对电子越多，斥力越大，键角越小。 (2)H2O与H2S，NH3与PH3中键长不同，键长越长，斥力越小，键角越小。 (3)杂化不同，键角不同。 [答案] (1)< < (2)> > (3)> > 5．(2014·山东高考节选)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。 (1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。 (2)图乙中，1号C的杂化方式是________，该C与相邻C形成的键角_______ (填“>”“<”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。 [解析] (1)石墨烯是层状结构，每一层上每个碳原子都是以3个共价键与其他碳原子形成共价键的。 (2)图乙中1号碳形成了4个共价键，故其杂化方式为sp3；图甲中的键角为120°，而图乙中1号碳原子与甲烷中的碳原子类似，其键角接近109.5°。 [答案] (1)3 (2)sp3 ＜ 键角比较的三类型 (1)杂化类型相同，孤对电子越多，键角越小。 (2)杂化类型相同，组成相同，键长越长，键角越小。 (3)杂化类型不同，sp1>sp2>sp3。 角度3 等电子原理及其应用 6．(1)(2015·全国卷Ⅰ)写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子________。 (2)根据等电子原理，仅由第二周期元素形成的共价分子中，互为等电子体的是________和________；________和________。 (3)在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有________、________。 (4)(2015·江苏高考)与H2O互为等电子体的一种阳离子为________(填化学式)，阴离子为________。 (5)(2014·江苏高考)与OH－互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。 (6)与SO3互为等电子体的阴离子为________。 (7)与N2互为等电子体的分子是________，阴离子是________，阳离子是________。 [答案] (1)CO2、SCN－(或COS等) (2)N2 CO N2O CO2 (3)SO2 O3 (4)H2F＋ NH (5)HF (6)CO或NO (7)CO CN－或C NO＋ 常见的等电子体汇总 微粒 通式 价电子总数 空间构型 CO2、CNS－、NO、N AX2 16 直线形 CO、NO、SO3 AX3 24 平面三角形 SO2、O3、NO AX2 18 V形 CCl4、SO、PO、ClO AX4 32 正四面体形 P O、SO、ClO AX3 26 三角锥形 C、CO、N2、CN－ AX 10 直线形 CH4、NH、SiH4 AX4 8 正四面体形 NH3、PH3、H3O＋ AX3 8 三角锥形 考点3| 粒子间作用力和分子的性质 [基础知识自查] 1．配位键与配位化合物 (1)孤对电子 分子或离子中没有跟其他原子共用的电子对称孤对电子。 (2)配位键——电子对给予接受键 ①配位键的形成：成键原子一方提供孤对电子，另一方提供空轨道形成共价键。 ②配位键的表示：常用“→”来表示配位键，箭头指向接受孤对电子的原子，如NH可表示为，在NH中，虽然有一个N—H键形成过程与其他3个N—H键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。 (3)配合物的组成 如[Cu(NH3)4]SO4 配体有孤对电子，如H2O、NH3、CO、F－、Cl－、CN－等。 中心原子有空轨道，如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。 2．分子间作用力——分子之间普遍存在的相互作用力 (1)分子间作用力包括范德华力和氢键两类。范德华力是分子之间普遍存在的一种相互作用力。 (2)强弱：范德华力<氢键<化学键。 (3)范德华力 范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质。范德华力越强，物质的熔点、沸点越高，硬度越大。一般来说，对于组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增强。 (4)氢键 ①形成与表示 已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子(该氢原子几乎为裸露的质子)与另一个分子中电负性很大的原子之间的作用力，称为氢键。可表示为A—H…B (A、B一般指O、N、F，A、B可以相同也可以不同)。 ②特征：具有一定的饱和性和方向性。如在冰中每个H2O分子周围四面体的4个方向形成4个氢键。 ③分类：氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。其中分子间氢键主要表现为使物质的熔、沸点升高，对电离和溶解度等产生影响。 3．分子的性质 (1)分子的极性 (2)分子溶解性 ①“相似相溶”的规律：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。若能形成氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。 ②“相似相溶”还适用于分子结构的相似性，如乙醇和水互溶(C2H5OH和H2O中的羟基相近)，而戊醇在水中的溶解度明显减小。 ③分子与H2O反应，也能促进分子在水中的溶解度，如SO2、NO2。 (3)分子的手性 ①手性异构：具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠的现象。 ②手性分子：具有手性碳原子的分子。 ③手性碳原子：在有机物分子中，连有四个不同基团的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子， (4)无机含氧酸分子的酸性 无机含氧酸的通式可写成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，使R—O—H中O的电子向R偏移，在水分子的作用下越易电离出H＋，酸性越强，如酸性：HClO查看更多